バイオガスプラント用二重膜式バイオガスホルダー
作成日 09.02
バイオガスプラント用二重膜式バイオガスホルダー
二重膜式バイオガスホルダーは、ガス容器ではなく低圧ガスバッファーです。内膜は約2～3 kPaでバイオガスを保持し、ガスの境界を形成します。一方、外膜は風、雪、雨の荷重を負担するため、ガスがそれらの荷重を受けることはありません。膜間の空間は通気または軽微な加圧が行われ、両層の安定性を保ちます。システム全体は、屋根マニホールド上の圧力逃し弁とフレームアレスタによって±3～5 kPaの範囲内に維持されます。外皮が応力を生じるのではなく撓むため、剛性のあるドームよりもボルト締めされたガラス融着鋼製消化槽にはるかに適しています。
バイオガスプラントには、製油所のガス問題とはまったく異なるガス供給の問題がある。生産は消化反応に従い、つまり温度と負荷に従うが、消費はボイラーやエンジンの負荷曲線に従い、それは一致しない。バッファがなければ、逃し弁が開いて、金をかけて生産したガスをフレアで燃やすか、圧力が低下して、無酸素状態を保たなければならない容器に空気が入り込む。二重膜式バイオガスホルダーは、ガスホルダー容器の何分の一かのコストでこれを解決し、産業廃水の嫌気性処理を稼働させているプラントにとっては、通常、実用的な答えである。これを機能させるエンジニアリングは、膜そのものではなく、圧力制御と消化槽屋根とのインターフェースである。
2枚の膜、2つの荷重ケース
ダブルメンブレンの価値は荷重分離にある。内側メンブレンはガス境界であり、バイオガスを公称2～3kPaに保持するため、消化槽が動作する圧力はキロパスカル範囲にとどまる。外側メンブレンはその上に位置し、風による揚力、雪、雨を受け止める。これにより、ガス空間が外部の気象にさらされることはなく、内層が突風によって膨らんだり叩かれたりすることもない。両者の間隙は、ベントスタックに開放するか、小型ブロワーで緩やかに加圧するかのいずれかである。ベント方式は消化槽で一般的である。間隙を大気圧に保ち、空洞内にガスが溜まる可能性を排除するからである。一方、加圧方式は、高さ制限のある現場において、槽のリム上でよりすっきりとしたプロファイルを与える。
圧力帯が仕様です。システムを±3～5 kPaの範囲内で運転し、逃し弁を上限付近に設定し、真空破壊弁を下限側に設けることで、ガス量の変動に応じて外皮がわずかに動き、シェルに応力をかけたりフランジガスケットを持ち上げたりすることがありません。これがまさに、フレキシブルホルダーとボルト締めホーロー壁が一体となる理由です。どちらも低い差圧の大気圧容器向けに設計されています。
ガストレイン内でのホルダーの位置
ルーフマニホールドは重要なコンポーネントです。ガスはダイジェスターからノズルを通って出て、そのノズルは同じ接続部にフレームアレスタと圧力逃し弁を組み合わせるべきであり、それによってバーナーの閉塞やエンジンの停止がタンクの過圧事象にならないようにします。そこからガスは脱硫ステップへ進み、そこでは塩化第二鉄の添加または乾式脱硫ボックスが硫化水素を除去し、その後ボイラー、エンジン、またはフレアへ送られます。ホルダー自体はガス浄化装置ではなく、圧力を安定に保つバッファであり、浄化および燃焼設備が予測可能な流量を得られるようにするものです。
バッファのサイズ設定は、時間当たりのピークガス発生量から最小バーナーまたはエンジン需要量を差し引いた値に、カバーしたい時間を掛けたものから始まります。ホルダーが小さすぎるとメンブレンが底に達したり絶えず持ち上がったりし、大きすぎると決して使わない容量にお金を払うことになります。化学についての短い補足：消化槽のエナメルライニングはそのpH範囲全体にわたって硫化物に耐えるため、容器自体は制約要因ではありませんが、下流の設備には投入原料のピーク負荷に基づいてサイズ設定された脱硫が必要です。
ボルト締めホーロー消化槽へのタンク統合
リムは、ホルダー、シェル、プロセスがすべて交わる場所です。ガラス融着鋼製消化槽の場合、幅約1.2 mのパネルを820～930 °Cで焼成し、3,450 N/cm²以上に定格された0.25～0.45 mmのエナメル層を持ち、8.8級ボルトとEPDMガスケットで接合します。ボルト締めシェルのルーフフランジはメンブレンの定着部であるため、ガス出口ノズル、圧力逃しおよび真空保護、SCADAアラームに供給する圧力伝送器ポート、間隙ベント、安全アクセスハッチを備えた詳細設計とする必要があります。エナメルはpH 1～14の範囲をカバーしており、pHに衝撃を与えうる工業系供給原料の場合に役立ちます。
運用面では、プラントはシンプルな手順を求めています。圧力トレンドを監視し、年次停止時にリリーフバルブの設定値を確認し、同じ停止時にメンブレン表面とフランジアンカーを検査し、冬季を通じて中間空間のベントを清潔に保つことです。ホルダーが柔軟であるため、進行中の問題は、臭気やフレア事象になるずっと前に、圧力バンドの緩やかなドリフトとして現れます。
技術仕様
パラメータ | 標準値／範囲 | 注記 |
内側メンブレン圧力 | 約2～3 kPa（公称） | バイオガスのガス境界 |
動作圧力帯 | ±3～5 kPa | 逃し弁と真空破壊弁により保持 |
外膜 | 耐候層 | 風雪荷重、ADM 2015 / ASCE 7-10 |
間隔空間 | 通気または軽微な加圧 | 両方の膜を安定に保つ |
保護装置 | 圧力逃し弁、フレームアレスター | ルーフガスマニホールド上 |
消化槽の運転 | 中温 35～38 °C | 典型的なHRT 20～30日 |
典型的なガス収率 | 除去VSあたり0.5～0.6 m³のバイオガス | 下水汚泥の参考値 |
エナメルライニング | 0.25～0.45 mm、820～930 °Cで焼成 | パネルごとの1500 V DCスパークテスト |
容器クラス | 大気圧／低圧 | 圧力容器の境界ではありません |
バイオガスプラント発注の実務ノート
仕様書を書くときは、次の三つを明示的に確定させる。第一に、圧力帯とリリーフ設定値。公差付きの数値として記載し、8 kPaで作動するカバーをサプライヤーが納入できないようにする。第二に、屋根インターフェースのリスト。フレームアレスタの位置とそれがエンベロープの内側か外側か、圧力計の配置、および膜検査のためのアクセス経路を含める。第三に、保守アクセス。膜屋根は検査可能だが歩行可能ではないため、ハッチとリム歩廊は図面に記載すべきである。
コストは通常、同じガス量に対して剛性の鋼製またはコンクリート製ドームよりも優れており、設置も軽量です。なぜなら、吊り上げる重い剛性屋根がなく、シェル上の現場溶接も不要だからです。一方、フレキシブルホルダーには有限のメンブレン寿命があり、計画的な交換が必要ですが、剛性ドームはより長寿命の資産であるものの、構造的範囲がはるかに重くなります。消化槽がボルト締めタンクであるプラントでは、フレキシブルオプションが通常、シェルの圧力クラスに適合する選択肢です。
プロジェクト事例
プロジェクト | 所在地 | 製品 | 容量 | 範囲 |
嫌気性処理トレイン、大豆加工廃水 | 中国・河北 | ガス気密屋根カバー付きGFS消化槽 | プロジェクト固有 | EPC嫌気性セクション供給＋監督 |
醸造所廃水貯留 | 中国・四川 | GFSタンク | 14,655 m³ | 供給、廃水貯留 |
産業排水タンクプログラム、27基 | 中国、新疆 | GFSタンク | 30,469 m³ | 供給＋監督 |
センターエナメルエンジニアリング能力
センターエナメル（石家荘正中科技有限公司）は、2008年からボルト締め貯蔵タンクの設計と製造を行っています。中国初のガラス融着鋼（GFS）タンクメーカーとして、同社は約200件のエナメル関連特許を保有し、年間約30万枚のエナメルコーティング鋼板を生産し、30,000件以上の設置プロジェクトを完了し、100カ国以上にタンクを供給しています。生産能力を高めるために新たに150,000 m²の生産拠点が追加され、単一タンクは最大60,000 m³まで供給可能です。製造はISO 9001およびISO 45001の下で運用され、製品認証にはNSF/ANSI 61、WRAS、FDA、LFGB、CE（EN 1090）、ISO 28765、FM、BSCI、EUROCODEが含まれ、用途に応じてAWWA D103-09、AWWA C550、NFPAを参考に設計されています。
バイオガスプラントの場合、これには二重膜ホルダー設計、逃し弁とフレームアレスターを統合したルーフマニホールド、およびホルダーが固定されるボルト締めエナメル消化槽シェルが含まれます。
よくある質問
Q1: ガスホルダーと二重膜カバーの違いは何ですか？
A1: 従来のホルダーは、より高い圧力でガスを貯蔵する容器または剛性構造物です。二重膜ホルダーは柔軟で、公称2～3 kPa、±3～5 kPaの範囲内でガスを貯蔵するため、大気圧消化槽シェルに適しています。
Q2: 既存のタンクにバイオガスホルダーを追加できますか？
A2: 多くの場合可能です。リムが膜アンカーを受け入れ、ノズル配置を変更できる場合に限ります。既存の図面と許容ガス圧力を送っていただければ、レトロフィット実現可能性の検討結果をすぐにお返しします。
Q3: ホルダー容量はどのように決定すればよいですか？
A3: ピーク時の時間当たりガス発生量から、バーナーまたはエンジンの最小需要量を差し引き、必要なバッファリング時間を掛けます。その結果が、膜エンベロープが覆うべきガス空間です。
Q4: フレームアレスタは必要ですか？
A4: 原則として必要です。バイオガスをバーナーやエンジンに供給する消化槽のガス出口マニホールドに、圧力逃し弁および真空破壊装置とともに設置します。サプライヤーにマニホールドの配置を示してもらってください。
Q5: 膜は硫化水素に耐性がありますか？
A5: 外層のエンベロープはガス境界の外側にあり、内側のメンブレンはバイオガス用途向けに選定されており、ダイジェスターのエナメルライニングはそのpH範囲全体で硫化物に耐性があります。下流機器には依然として脱硫が必要です。
Q6: 検査および交換の間隔はどのくらいですか？
A6: 各停止時の目視検査、フランジアンカーと表面の年次点検、および耐用年数終了時のメンブレン交換。これについてはサプライヤーが提案書に数値として明記すべきです。
Q7: カバーには特別な基礎が必要ですか？
A7: ホルダー自体は軽量ですが、それが設置されるダイジェスターシェルはそうではありません。沈下を制御したリングビームまたはコンクリート基礎が、ボルト締めタンクの場合と同様に重要な項目であり続けます。
二重膜式バイオガスホルダーは、消化槽のガス圧力を制御された範囲に維持し、プラントがフレアリングしたり空気を吸引したりするのを防ぐための、最も安価で信頼性の高い方法です。気象負荷とガス負荷を分離することが設計思想であり、リリーフバルブ、真空破壊弁、フレームアレスタを備えた±3～5 kPaの範囲が、大気圧シェル上での安全性を確保します。820～930 °Cで焼成され、1500 Vでスパークテストされた溶融エナメル消化槽壁と組み合わせることで、このアセンブリは硫化物やpHの変動に対応し、タンクを圧力境界にすることなく処理します。バイオガスプラントを計画中または消化槽をレトロフィットする場合は、ガス発生プロファイル、バーナー需要、消化槽直径、サイトの風雪データをお送りください。ホルダー構成とタンクサイジングを文書パッケージとともにお返しします。
エンジニアに相談する
バイオガスプラントのデータをお送りください：原料の種類と流量、消化槽の容積と運転温度、1時間あたりおよび1日あたりの予想バイオガス量、ガスの最終用途とその最小安定需要量、硫化水素レベル、既存のタンク図面があればそれら、およびサイトの風・雪・地震条件。こちらからは、ホルダー構成、圧力帯とリリーフ設定、ルーフマニホールドのレイアウト、消化槽の直径と高さ、および完全な入札書類パッケージをお返しします。まずエンジニアリングレビューを行い、設計にご納得いただくまで何も販売しません。
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